Fibras ópticas de biopolímeros para el control cuantitativo de la humedad de alta sensibilidad

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Biotecnología
• Tecnología de sensores

Sus antecedentes:

• Los biopolímeros ofrecen propiedades ópticas ajustables para la fabricación sostenible de fibras ópticas.
• La investigación existente ha explorado las fibras ópticas de biopolímeros para aplicaciones limitadas, pero la detección ambiental cuantitativa sigue siendo poco desarrollada.
• La detección cuantitativa de parámetros ambientales utilizando fibras ópticas de biopolímeros no se había informado anteriormente.

Objetivo del estudio:

• Informar de la primera determinación cuantitativa de la humedad relativa (RH) mediante el uso de fibras ópticas totalmente biopolímeras.
• Investigar las capacidades de detección de humedad de las fibras ópticas compuestas de metilcelulosa y metilcelulosa-alginato en todo el espectro visible e infrarrojo cercano.
• Explorar la adaptabilidad del rendimiento del sensor a través de la composición de las fibras y los métodos de fabricación.

Principales métodos:

• Fabricación de fibras ópticas compuestas de metilcelulosa y metilcelulosa-alginato.
• Medición cuantitativa de la humedad relativa (RH) utilizando las fibras ópticas fabricadas.
• Caracterización de la sensibilidad del sensor, el tiempo de respuesta y el rango dinámico mediante la variación de la composición de la fibra y los métodos de coagulación (por ejemplo, etanol vs. coagulación iónica).
• Análisis dinámico de sorción por vapor para comprender la cinética de sorción-desorción.

Principales resultados:

• Las fibras ópticas de biopolímeros demostraron una humedad relativa cuantitativa (HR) de hasta 0,33 dB/% HR.
• La sensibilidad de estas fibras ópticas de biopolímeros es comparable o superior a los sensores ópticos existentes y supera a los sensores de humedad basados en la capacidad.
• Las fibras compuestas coaguladas con etanol mostraron un aumento de 6 veces en la sensibilidad en comparación con las fibras coaguladas iónicamente.
• Se encontró que el rendimiento de la detección de humedad era insensible a las variaciones de temperatura.
• La composición de la fibra y los métodos de coagulación influyen significativamente en la sensibilidad, el tiempo de respuesta y el rango dinámico.

Conclusiones:

• Las fibras ópticas de biopolímeros completos permiten la detección cuantitativa de la humedad relativa (HR).
• Estas fibras ópticas sostenibles ofrecen capacidades de detección de humedad ajustables y de alto rendimiento.
• Las fibras ópticas de biopolímeros desarrolladas presentan una nueva plataforma prometedora para sensores de monitoreo ambiental sostenibles.